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浅析区域自动气象站雨量传感器校准及日常维护

时间:2016-10-27来源: 作者: 点击: 248次

安承德 1,郎贵英2,茅海祥1

1.贵州省石阡县气象局,贵州  石阡  555100;2.贵州省思南县气象局,贵州  思南  565100)

 

摘要:近年来,全国各地区域自动气象站大量安装及正式投入使用,有效地弥补了各地区气象资料的空白问题,但区域自动气象站如果长时间不进行巡查维护,极易出现故障,雨量传感器问题特别明显,从面造成站点获得的气象数据不准确。本文从日常区域自动气象站雨量传感器校准、常见故障现象及相应判别处理进行了经验总结,以期为以后的维护维修提供一定的参考作用。

关键词:区域自动气象站  雨量传感器  校准  维护

1  引言

随着全球气候变暖,各地出现极端天气越来越频繁,洪涝、干旱、冰雹、大风等灾害性天气时有发生,造成的损失不可计量。尤其是暴雨天气可能引发的城镇内涝、山体滑坡、泥石流等次生灾害,不仅仅威胁着人们的财产安全,也严重威胁着人们的生命安全。2009年以来,石阡县气象部门在该县各地先后建立了34个自动气象站点,其中六要素自动气象站1个,两要素自动气象站23个,单雨量站10个,各站点及时、准确的上传各时段降雨量,为该县有效监测灾害性天气,积极开展气象服务提供了重要依据,为防灾减灾工作提供了有力保障。雨量传感器的正常运行是确保获得及时、准确的降雨量的前提,本文以上海气象仪器厂生产的SL3-1 双翻斗雨量传感器[1](下述简称雨量传感器)日常的降雨量校准和常见故障维护进行分析和总结。

2  雨量传感器校准设备及校准方法

2.1  雨量传感器校准设备

采用JJS1 型翻斗雨量传感器校准仪[2](下述简称校准仪)对雨量传感器进行校准,该校准设备主要由雨强漏斗(大雨强4mm/min和小雨强1mm/min)、计数显示器、二芯连续线、支撑架、雨量杯(10mm)等构成,雨量校准时通过雨强漏斗模拟降雨,计数显示器显示计数,从显示的数值进行差值计算,从而方便地对雨量传感器进行现场调节校对,得到准确的数值。

2.2  雨量校对方法

根据JJG(气象)005-2011自动气站雨量传感器检定规程要求[3],需模拟1mm/min和4mm/min两种降雨强度对雨量传感器进行校准。用雨量杯取10mm清水,先向校准仪小强度承水口中注水,设备将进行自动计数,并通过显示器显示的数值,这样重复三次,然后取它们的平均值,并将此平均值作为测量雨量的差值,用测量雨量的差值减去标准值,得出该雨强的测量误差,最大允许误差分别为±0.4mm(降雨量≤10mm时)、±4%(降雨量>10mm 时)。用同样的方法,获取大雨强的的测量误差。

如果两种雨强的测量误差值有不符合要求时,将它们差值再取其平均值,并将这个平均值作为雨量传感器的基点进行调整。这时,通过调节雨量传感器计量翻斗两边的容量调节螺钉进行调节。当只调节计量翻斗一边的螺钉旋转达一圈时,雨量传感器数值作出3%左右的变化;当同时调节计量翻斗两侧的螺钉旋转达一圈时,雨量传感器数值作出6%左右的变化。而对螺钉向外进行调节时,将使计量翻斗内的水量增加,雨量传感器计数值减小,反之,将增大。

3  雨量传感器构成及工作原理

雨量传感器主要由承水器、漏斗、汇集漏斗、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧管、容量调节螺钉等组成。其中,干簧管是非常关键的部件,是否正常直接影响着雨量传感器能否正常工作。干簧管是一种磁敏开关器件,它的两个触点芯片是由特殊材料制作而成,被封装在真空的玻璃管中,当用磁铁靠近干簧管,它的两个触点芯片就会吸合在一起,这时电路导通,产生一次开关信号,得到0.1mm降雨数值。

当出现降雨天气时,雨滴降入口径为20cm的承水器中,经漏斗流入上翻斗中;当上翻斗中降水达到0.1mm时,进行翻转,降水经汇集漏斗进入计量翻斗中;当计量翻斗中降水达到0.1mm的量时,计量翻斗进行翻转,将降水流入计数翻斗中,致使计数翻斗随之翻转一次;位于计数翻斗轴上的磁钢随着计数翻斗翻转时靠近干簧管,因磁钢的磁化而使干簧管内的芯片闭合一次,这时电路导通,送出一次开关信号,就记录到0.1mm降水量。

4  雨量传感器校准

4.1  雨量传感器校准环境

雨量传感器校准有严格的环境要求,不要选择在雨天,以免影响正常的降雨统计,即气温要满足+10~+40℃,相对湿度要在90%以下,风速不要在大5m/m。在进行雨量校准时,尽量使用蒸馏水,水温+10℃~+25℃。

4.2  雨量传感器校准前的准备

雨量传感器校准前,要充分做好检查工作。(1)检查雨量传感外观是否有破损或者是变形,且保证雨量传感器的安装稳固,无螺钉松动的现象。(2)取下雨量传感器的外桶,检查各翻斗、漏斗中有无污物和是否泥土等杂物堵塞,是否有蜘蛛网,保证各部件清洁及水流通畅;(3)检查雨量传感器上翻斗和计量翻斗定位调节螺钉应紧固,各翻斗转动灵活无松动;(4)用万用表检查干簧管与磁钢是否正常吸合,保证信号输出正常稳定;(5)用水平尺检查基座,保证雨量传感器处于水平状态。

4.3  雨量传感器现场校准

做好准备工作后,将进行雨量传感器正式校准。(1)将雨量传感器上的二芯连接线从红黑接线柱上取下,同时用绝缘胶带分别把线头包起,避免二芯连接线短路产生非降水雨量;(2)将雨量传感器校准仪的支撑架稳固地安装到雨量传感器底座上,并将正确装入7号电池的校准仪放到支撑架上,再将校准仪自带的二芯连接线端连到雨量传感器的红黑接线柱上,插头端插入校准仪的插孔中。(3)将雨量传感器计量翻斗和计数翻斗翻转到同一倾倒方向,并按动校准仪的清零按钮,将校准仪的计数器清零。(4)根据上述雨量传感器校准方法进行雨量校准。(5)雨量传感器校准结束后,取下连接线和校准仪并收好,将雨量传感器二芯连接线两端重新与传感器连好,同时,注意使计量翻斗和计数翻斗保持在同一倾倒方向。(6)将雨量传感器外桶装上并用螺丝固定好,将水平尺放到承水器口检查是否水平,此次雨量校准结束。

5  雨量传感器常见故障和判别处理

雨量传感器常见具体故障表现:一是有降雨现象而无降水量记录;二是降水量出现异常,即有降雨现象且有降水量记录,但量级明显比实际偏大或偏小。

5.1  有降雨现象而无降水量记录的故障判别及具体处理

出现此类现象一般有如下原因:一是雨量传感器出现堵塞或者计量翻斗、计数翻斗等部件被蜘蛛网套住;二是干簧管已损坏或磁钢磁性减弱;三是连接雨量传感器与采集器的二芯电缆线已损坏或其两端接口出现松动现象;三是采集器故障。遇到此类故障现象,具体什么原因需要现场从外到内进行检查判断。

1)检查雨量传感器承水器、漏斗、汇集漏斗是否被树叶、泥土等杂物堵塞或者计量翻斗、计数翻斗等部件是否被蜘蛛网套住。如果有此现象,及时进行清理。(2)检查是否干簧管或磁钢磁性问题。将雨量传感器与采集器连线断开,把万用表红黑线连到干簧管两端,并将万用表调到二极管蜂鸣档,翻转计数翻斗,看万完表是否跟随计数翻斗翻转的相同频率发出“嘀、嘀、嘀……”的响声,若出现“嘀、嘀、嘀……”的响声,不是干簧管与磁钢问题;若无“嘀、嘀、嘀……”的响声,用镊子轻轻地调节干簧管与磁钢距离,调节后再翻转计数翻斗,出现了“嘀、嘀、嘀……”的响声,说明磁钢磁性减弱,对磁钢加磁即可;而仍无“嘀、嘀、嘀……”的响声,可以确定是干簧管损坏,更换干簧管。(3)检查雨量传感器与采集器连线是否完好,连线是否松动。判断连线完好最简便的方法是将连线一头的两组线连到一起,另一头两组线连到万用表的红黑线上,并将万用表打到二极管蜂鸣档,看万完表是否有响,若有“嘀嘀嘀……”的响声,说明连线无损坏;否则,可以判断连线损坏,及时更换连线。(4)检查采集器是否出现故障。将雨量传感器电缆插头从采集器相应插口处拔出,用一根导线对采集器的雨量端口进行短路连接,正常情况下,短路一次就会出现0.1mm雨量记录值。若采集器显示的降雨量数值与短路次数稳合,则采集器正常;否则,可以判断是采集器有故障,维修采集器雨量接口电路或更换采集器。

5.2  降雨量出现异常的故障判别及具体处理

降雨量出现异常通常有如下几种原因:一是干簧管不能正常吸合;二是基点定位螺钉调整不当;三是雨量传感器二芯连接线接头接触不良;四是承水器口不水平。

1)干簧管吸合问题。当干簧管出现漏吸合时,说明二簧管与计数翻斗的磁钢距离太远。应用镊子轻轻调整他们的距离,让干簧管稍微靠近计数翻斗的磁钢,直到磁钢随计数翻斗翻转让干簧管内的两个触点芯片能自如分离和吸合为止。当干簧管出现多吸合时,是由于计数翻斗下边的塑胶钉过高,造成计数翻斗出现反弹过高,使计数翻斗上的磁钢随着计数翻斗反弹而再次靠近干簧管导致干簧管偶尔吸合,造成了干簧管多吸合。应对计数翻斗下边的塑胶钉下的螺丝进行调节,从而消除该故障。(2)基点定位螺钉调整不当问题。计量翻斗翻转一次,应为0.1mm降雨量,而降雨量的测量是通过翻斗翻转使电路闭合而产生电信号获得,基点定位螺钉间的距离直接影响计量翻斗是否正确翻转和准确计数。当基点定位螺钉间的距离变小,翻斗翻转时间缩短,翻转速度变快,翻转次数变多,测得的雨量就出现偏大。此种情况,应该慢慢调节螺钉向外旋转,适合增加基点定位螺钉间的距离。反之,应调节螺钉向内旋转。(3)雨量传感器二芯电缆线接头接触不良。当雨量传感器二芯电缆线接头出现松动时,导致输出信号时有时无,造成无法获得准确的雨量值。应仔细检查二芯电缆线两头的接头,固定好电缆线接头。

4)承水器口不水平。当承水器口歪斜时,承水器口的实际降水承接面积就会变小,使测得的降水量不准确。判断承水器口是否水平的简单方法,一是查看水平泡是否偏离中间位置;二是用水平尺放在承水器口任意方位,查看是否水平。当承水器口不水平时,应调节底盘上的六角螺钉,让承水器口处于水平状态。

6  结束语

雨量准确与否直接影响着降水资料的质量,准确的降水可以为天气预报及领导的决策提供可靠依据,加强对区域自动气象站开展巡查工作,及时进行清洁维护,定期对雨量传感器的进行校准,是确保雨量准确的有力保障。

 

参考文献

[1] 上海气象仪器厂.SL3-1型雨量传感器技术及使用说明书[Z].上海:上海气象仪器厂有限公司,2007.

[2] 方丽,孙丘宁,王军,等.JJS1型翻斗雨量传感器校准仪[J].北京:气象水文海洋仪器,2007,(第3期);7-8.

[3] 朱乐坤,沙奕卓,贺晓雷,等.JJG(气象)005-2011自动气象站降水传感器检定规程 [S].北京:中国标准出版社,2001.

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